化工原理課堂習(xí)題

1、第一章1. 密閉容器內(nèi)盛有密度o為800kg/m3的油與密度H2O為1000kg/m3的水。已知油層高度h=0.3m， 容器下面裝有開口水銀壓差計(jì)，用以測(cè)量油面上方壓強(qiáng)，壓差計(jì)上的度數(shù)R=0.4m，與大氣相通的指示劑液面上灌有R=0.02m的水層。水銀指示劑高側(cè)液面與容器內(nèi)液面間的垂直距離H=0.4m。試求容器內(nèi)油面上壓強(qiáng)pA。（4.63104Pa（表壓）2. 如圖所示，在兩個(gè)壓強(qiáng)不同的密閉容器內(nèi)，充滿了密度為的液體，兩容器的頂部及底部分別與兩支規(guī)格不同的水銀壓差計(jì)相連，試推導(dǎo)兩壓差計(jì)上的度數(shù)R與H的關(guān)系。 3. 合成氨工業(yè)的碳化工段，在如附圖所示的噴射泵中用稀氨水連續(xù)吸收氨氣以制備濃氨水。稀

2、氨水進(jìn)口管直徑為573mm，其上壓強(qiáng)表度數(shù)為1.5105Pa。噴嘴內(nèi)徑為13mm，每小時(shí)處理的稀氨水為10000kg，其密度與清水接近，可取為1000kg/m3。稀氨水進(jìn)口至噴嘴內(nèi)側(cè)的流動(dòng)阻力可以忽略不計(jì)，試求稀氨水在噴嘴內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)p2。（6.81104Pa 真空度）4. 水在定態(tài)條件下以4m/s的速度進(jìn)入直徑由100mm逐漸擴(kuò)大至200mm的漸擴(kuò)管，于管道的1-1與2-2截面上各連一段開口玻璃管，水在玻璃管內(nèi)分別升高h(yuǎn)1及h2，若h1=100mm，試求h2為多少，設(shè)兩測(cè)壓口間的流動(dòng)阻力可以忽略不計(jì)。（0.864m）5. 用離心泵將密度為1170kg/m3的水溶液從開口儲(chǔ)槽送至密閉高位槽中高位

3、槽頂部的壓強(qiáng)表度數(shù)為1.1105Pa。兩槽液面恒定，其間垂直距離為20m。已知流動(dòng)系統(tǒng)中總摩擦阻力為180J/kg。試求泵應(yīng)對(duì)每kg液體提供的軸功，泵的效率為0.65。（723.4J/kg）6. 某離心泵安裝在高于井內(nèi)水面5.5m的地面上，吸水量為40 m3/h。吸水管的尺寸為1144mm，包括管路入口阻力的吸水管路上總能量損失為4.5J/kg。試求泵吸入口處的真空度。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.0133105Pa。 （5.92104Pa） 7. 直徑D為2.8m的開口儲(chǔ)水設(shè)備底部與直徑do為573mm的垂直管相連，設(shè)備內(nèi)水面高于管子出口10m，若將管路上閥門打開，試求1小時(shí)內(nèi)能放若干m3的水。水在流動(dòng)過(guò)

4、程中不包括管子出口阻力的全部摩擦阻力可用經(jīng)驗(yàn)公式hf = 210-5G2計(jì)算，G為質(zhì)量流量，（kg/m2.s）取水的密度為1000kg/m3。 （15.03m3）8. 每小時(shí)有2400m3的空氣流入2736.5mm無(wú)縫鋼管內(nèi)，氣體進(jìn)入管子的狀態(tài)為：溫度50 C、絕對(duì)壓強(qiáng)1.2105Pa ?？諝獾钠骄肿恿繛?9kg/kmol, 試求空氣在關(guān)內(nèi)流動(dòng)時(shí)的Re數(shù)值及流型。（Re =2.16105，湍流）9. 套管換熱器是用管件將兩根不同直徑的管子連成同心圓套管，冷、熱兩流體分別在內(nèi)管內(nèi)和環(huán)隙通道內(nèi)流過(guò)而進(jìn)行熱量交換，已知外管為573mm，內(nèi)管為322.5mm的無(wú)縫鋼管組成，每小時(shí)有1500kg的油品

5、在環(huán)隙內(nèi)流過(guò)與內(nèi)管內(nèi)的流體進(jìn)行換熱。已知油品的平均密度為850kg/m3、平均粘度為510-3Pa.s。試求油品在環(huán)隙通道中的流速及雷諾準(zhǔn)數(shù)值。（0.396m/s，Re =1279）10. 用泵將開口儲(chǔ)槽內(nèi)密度為1060 kg/m3、粘度為1.110-3Pa.s的溶液在定態(tài)條件下送到蒸發(fā)器內(nèi)，蒸發(fā)器內(nèi)的真空表度數(shù)40kPa。溶液輸送量為18m3/h。進(jìn)蒸發(fā)器水平管中心線高于儲(chǔ)槽液面20m，管路直徑為573mm，不包括管路進(jìn)、出口損失的直觀與管件當(dāng)量長(zhǎng)度之和為50m。取管路粗糙度為0.02mm。試求泵的軸功率，泵的效率為65%。 （2.024kW）11. 用泵自開口儲(chǔ)槽將槽內(nèi)溶液輸送至塔頂經(jīng)噴頭

6、噴灑至填料層上方。已知溶液輸送量為97m3/h，操作條件下溶液的平均物性常數(shù)為：密度 =996 kg/m3、粘度=0.810-3Pa.s。輸送管路與噴頭連接處的表壓至少為2104Pa才能將溶液壓出噴頭均勻噴灑在填料層上。管路與噴頭連接處的高于儲(chǔ)槽液面20m。輸送管路直徑為1404.5mm，直管總長(zhǎng)度為150m，其上裝有標(biāo)準(zhǔn)彎頭6個(gè)、全開閘閥1個(gè)、當(dāng)量長(zhǎng)度與全開閥相當(dāng)?shù)牧髁坑?jì)1個(gè)、le/d=70的搖板式單向閥1個(gè)。取管壁粗糙度為0.3mm。泵的效率為0.65，試求泵的軸功率。（12.08kW）12. 每小時(shí)將10m3常溫的水用泵從開口儲(chǔ)槽送至高位槽。管路的直徑為573mm，全系統(tǒng)直管長(zhǎng)度100m

7、，其上裝一個(gè)全開閘閥、一個(gè)全開截止閥、三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭、兩個(gè)阻力可以忽略不計(jì)的活接頭。兩槽液面恒定，其間垂直距離為20m。取管壁粗糙度為0.25mm、水的密度為1000kg/m3、粘度為110-3Pa.s。試求： （1）泵的效率為70%時(shí)的軸功率；（1052W） （2）泵出口處裝有壓強(qiáng)表，測(cè)壓口中心比高位槽液面低18m。測(cè)壓口至高位槽的管路總長(zhǎng)度為90m（包括一切阻力在內(nèi)），求壓強(qiáng)表度數(shù)；2.26105Pa（3）泵入口處裝有真空表，兩側(cè)壓口中心的垂直距離為0.5m，其間阻力可以忽略不計(jì)，求真空表上度數(shù)。（0.343105Pa）13. 如圖所示，高位槽的水通過(guò)內(nèi)徑為100mm的塑料管向下作定態(tài)流動(dòng)，

8、塑料管可視為光滑管，已知液面比地面高8m，管子出口中心線比地面高2m。流動(dòng)條件下水的密度為1000kg/m3、粘度為110-3Pa.s.不包括出口阻力在內(nèi)的全系統(tǒng)的直管與管件當(dāng)量長(zhǎng)度之和為90m。試求： （1）水的流量；(V=81.7 m3/h) （2）若管子布局不變，只在出口處新設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)閥使流量減半，試求此時(shí)該閥的阻力系數(shù)和當(dāng)量長(zhǎng)度。（=40.22，le=240m） 14. 有一突然擴(kuò)大垂直放置的短管，細(xì)管直徑d1為100mm，突然擴(kuò)大到d2為200mm的粗管。水以8m/s的速度從細(xì)管進(jìn)入向下作定態(tài)流動(dòng)。于突然擴(kuò)大處前、后不遠(yuǎn)處安裝一支水銀壓差計(jì)，兩測(cè)壓口中心線間的垂直距離h為1.5m，

9、其間直管的摩擦阻力可以略去不計(jì)。突然擴(kuò)大損失hf，e可用下式計(jì)算： hf，e=(1-A1/A2)2u12/2 ，A1、A2分別為細(xì)管與粗管的截面積。試求：（1） 水由上向下流動(dòng)時(shí)，壓差計(jì)中指示劑液面那一側(cè)高；（2） 壓差計(jì)上指示劑讀數(shù)。（R=97mm）15. 如圖所示，水以定態(tài)連續(xù)由輸送管路送至開口高位槽，高位槽液面高于水平管路中心線3m。當(dāng)閥門開度為1/2時(shí)，流量為36m3/h，壓強(qiáng)表A和B上讀數(shù)分別為5.9104Pa及4.9104Pa?，F(xiàn)將閥門開大，壓強(qiáng)表上讀數(shù)6.87104Pa。在閥門兩種開度的情況下，流型都在阻力平方區(qū)。試求閥門開大以后下的數(shù)值： （1）水的流量；（V= 51m3/h）

10、 (2) 壓強(qiáng)表A的讀數(shù)。（pA= 8.88104Pa，表壓） 第二章1. 用離心泵將20C 的水由敞口槽輸送到某高位設(shè)備。泵前后分別裝有真空表和壓強(qiáng)表。在某流量下測(cè)得泵吸入管的動(dòng)壓頭及壓頭損失之和為2m，允許吸上真空度為5m，泵入口比儲(chǔ)槽液面高2.5m，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.33kPa，試求： （1）真空表讀數(shù)為若干Pa；(44150Pa) （2）若水溫有20C變?yōu)?0C，該泵能否正常工作？50C水的飽和蒸汽壓為1.5104Pa，密度為980.5kg/m32. 有一管路系統(tǒng)如附圖所示。已知輸水量為40m3/h，輸送管路均為802.5mm的鋼管，泵的升揚(yáng)高度（水位高度差）為30m，允許吸上真空度

11、Hs=7.1m，吸入管路和壓出管路的壓頭損失分別為1m和3m，水的密度為1000kg/m3，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.81104Pa，試求： （1）泵出口壓強(qiáng)表讀數(shù)；（2.74105Pa） （2）水泵的軸功率，該泵的效率為70%；5.29kW （3）泵能否正常工作？3. 用3B33型單級(jí)離心泵從絕壓為8.829kPa的密閉容器中以30m3/h的 流 量抽送40 的清水。已知泵在該流量下的壓頭為35.6m，允許吸上真空度為7m，吸入管內(nèi)徑為75mm，壓頭損失為0.5m。試求該泵的允許安裝高度。（泵至少安裝在液面下3.29m）4. 一離心泵從某液位恒定的冷凝水箱內(nèi)抽水。已知流量為65m3/h，允許吸上真空度

12、為7.1m，吸入管內(nèi)徑為100mm，壓頭損失1m；冷凝水箱內(nèi)的壓強(qiáng)為7000Pa，箱內(nèi)水為該壓強(qiáng)下的飽和溫度。求泵的最大允許安裝高度。（泵至少應(yīng)安裝在冷凝水箱液面下3.93m）5. 某離心泵的吸入管內(nèi)徑為200mm，流量為200m3/h，允許吸上真空度 6.2m，估計(jì)吸入管路壓頭損失為1m。試求：（1） 大氣壓強(qiáng)為101.33kPa的條件下，從敞口水池抽送20C清水 時(shí)的安裝高度，20C水的密度為1000 kg/m3; (Hg= 5.37m)（2） 若同樣管路系統(tǒng)安裝在海拔2000 m的高原地區(qū)（相應(yīng)的大氣壓 強(qiáng)為80kPa），從敞口水池抽送40C的水時(shí)的安裝高度。40C水的密度992.2 k

13、g/m3,蒸汽壓為7375Pa。（Hg= 2.74m）6. 如圖所示離心泵吸入管內(nèi)徑為100mm，吸入管路總壓頭損失為12 u2/2g (u為吸入管內(nèi)水的流速，m/s)，泵入口處真空表讀數(shù)為45.33kPa。試求：（1）吸入管內(nèi)水的流量（Q = 36.74 m3/h）；（2）若在操作條件下泵的允許吸上真空度Hs= 5.1m，按圖所示的安裝位置該泵是否會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。水的密度為1000kg/m37. 某離心泵在轉(zhuǎn)速為1450 r/min時(shí)的特性列于附表中。這臺(tái)水泵所在管 路的特性曲線方程為He = 23 + 0.008Qe2（Qe單位為L(zhǎng)/s）。試求：（1）泵的供水量（Q = 45L/s）；(2

14、) 若要將泵的供水量改為30 L/s,泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)是多少？（n = 1208 r/min） 附 表Q（L/s） 0 10 20 30 40 50H（m） 46.3 47.8 47.5 45.6 41.4 36.38. 用一離心泵以45m3/h的流量將水從開口槽送到表壓為2.453105Pa的塔內(nèi)。管子出口離水池液面15m，管路系統(tǒng)如圖所示，泵高效區(qū)的性能參數(shù)列于附表中。已知管的內(nèi)徑為100mm，管線全長(zhǎng)400m（包括所有的局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），水的粘度為110-3Pa.s，密度為1000kg/m3，水在管內(nèi)的摩擦系數(shù)為0.025。試求：（1）管路的特性曲線（流量單位為m3/h）(He = 40

15、+ 6.3810-3Qe2)；（2）泵在此管路系統(tǒng)的實(shí)際輸送量（Qe = 49 m3/h）；（3）若用閥門將流量控制在45 m3/h, 計(jì)算多消耗的軸功率（N=0.791kW）。附 表 Q (m3/h) 30 45 60 70H (m) 62 57 50 44 (%) 54.4 63.5 66.3 649. 某離心泵在一定轉(zhuǎn)速下的性能參數(shù)如附表所示，泵所在管路的特性曲 線方程為He = 20 + 0.02Qe2(Q的單位為L(zhǎng)/s)，試求：（1）單臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量（Qe = 28L/s）；（2）兩臺(tái)泵并聯(lián)流量增加的百分?jǐn)?shù)（41.1%） 附 表Q（L/s） 0 10 20 25 30 H（m） 5

16、5 60 50.5 40 30 10. 用離心泵從一敞口水槽向高位密閉容器送水。泵高效區(qū)的性能參數(shù) 列于附表。密閉容器內(nèi)的壓強(qiáng)為49.1kPa（表壓），泵吸入口及排除管均為813mm的鋼管，管路總長(zhǎng)（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）為85m，流體在管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù)為0.02，泵的升揚(yáng)高度為20m，水的密度為1000kg/m3, 粘度為110-3Pa.s。試求：（1）泵的流量及軸功率（Q = 50.5 m3/h, N=7.91kW）; (2)若此系統(tǒng)輸送的液體的密度為1500kg/m3，泵的流量和軸功率又為若干？(Q=53 m3/h, H= 35.7m)。附 表 Q (m3/h) 30 40 50

17、 60H (m) 45 41.6 37.5 30 (%) 55 62 64 59 第三章1. 在實(shí)驗(yàn)室中用一片過(guò)濾面積為0.1m2的濾葉對(duì)某種顆粒的水懸浮液進(jìn)行試驗(yàn)。在80 kPa的真空度下火的下列數(shù)據(jù)：過(guò)濾時(shí)間，（s） 60 600濾液體積，（L）2.5 8.5 試求：恒壓過(guò)濾方程式中的過(guò)濾常數(shù)qe、K、e值 （qe = 2.95510-3 m3/m2, K = 1.28810-5 m2/s, e = 0.678 s） 2. 用一板框壓濾機(jī)過(guò)濾某一懸浮液，每獲1 m3濾液得濾餅0.05 m3。在 150kPa壓強(qiáng)差下操作時(shí)，過(guò)濾常數(shù)K = 2.7510-5 m2/s，過(guò)濾介質(zhì)阻力可略。濾餅為

18、不可壓縮。試求：（1） 若要求過(guò)濾1h獲取0.6 m3的濾餅，所需的過(guò)濾面積（A=38.1 m2）；（2） 若選用的板框?yàn)檎叫?，其邊長(zhǎng)為0.81 m，使確定框數(shù)及框的厚度（n = 29，b = 0.032 m）；（3） 若操作壓強(qiáng)差為300kPa時(shí)，求用該板框壓濾機(jī)過(guò)濾1h所獲得的濾液量（V =16.95 m3）。3. 用一臺(tái)BMY40/810-25型板框壓濾機(jī)恒壓過(guò)濾某水懸浮液，懸浮液中固相質(zhì)量分率為0.145，固相密度為2500kg/m3, 液相水的密度為1000kg/m3。測(cè)得每1m3濾餅烘干后的質(zhì)量為1200kg。已知操作條件下的過(guò)濾常數(shù)K為2.510-5 m2/s，qe為3.510

19、-3 m3/m2。板框尺寸為81081025mm，共30個(gè)框，試求：（1） 過(guò)濾至濾框全部充滿濾渣所需的時(shí)間及所得濾液得體積（V = 3.226 m3，q = 291s）；（2） 過(guò)濾完畢用0.5m3清水洗滌濾餅，求洗滌時(shí)間（qw= 347s）；（3） 若每次卸渣、重裝等輔助時(shí)間為0.15h，求過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力（Q = 9.86m3濾液/h）。4. 某懸浮液在一臺(tái)過(guò)濾面積為0.5 m2的板框壓濾機(jī)中進(jìn)行恒壓過(guò)濾，1h 后得濾液15 m3，若過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)。試求:(1) 其他情況不變，過(guò)濾0.5h所得濾液量（V = 10.6 m3）；(2) 其他情況不變，過(guò)濾1.5h后，用1.2 m3水

20、對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌，所需的洗滌時(shí)間（qw = 0.784 h）。5. 在一板框壓濾機(jī)中恒壓過(guò)濾某懸浮液，濾框尺寸為20020020mm，框數(shù)為20個(gè)，濾渣全部充滿濾框所需時(shí)間為1.5 h。已知每獲得1m3濾液可得濾渣0.04 m3。若洗水的粘度、洗水的表壓分別與濾液得粘度、過(guò)濾的壓強(qiáng)差相同。已知洗滌水的體積為濾液體積的10%，卸渣、重裝的輔助時(shí)間為0.4 h。若過(guò)濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)。試求：板框過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力（Q = 0.129 m3濾液/h）。6. 某板框壓濾機(jī)在恒壓下過(guò)濾某種懸浮液，濾餅不可壓縮，且過(guò)濾介質(zhì)阻力可以忽略。已知在某恒壓下過(guò)濾此懸浮液時(shí)，2h后得濾液50 m3。試求：（1） 過(guò)濾

21、1.5h后，用5m3清水在該恒壓下洗滌濾餅，洗水性質(zhì)與濾液性質(zhì)相同，所需的洗滌時(shí)間（qw = 1.386 h）；（2） 當(dāng)過(guò)濾壓強(qiáng)差增加一倍時(shí)，欲得與（1）同樣多的濾液，需要多少時(shí)間（q = 0.75 h）。7. 在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)含CaCO3 15%（質(zhì)量分率）的水懸浮液于60 kPa真空度下進(jìn)行過(guò)濾，測(cè)得過(guò)濾常數(shù)為K= 510-6 m2/s，每獲得1m3濾液生成的濾渣中含CaCO3 280kg。現(xiàn)擬采用轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾上述懸浮液，轉(zhuǎn)筒的直徑為1.75m，長(zhǎng)度為0.98m。操作時(shí)轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速為1r/min，轉(zhuǎn)筒浸入料液中的角度為120，操作條件下的真空度與試驗(yàn)相同。CaCO3的密度為2930 kg

22、/m3，水的密度為1000 kg/m3。過(guò)濾介質(zhì)的阻力可忽略不計(jì)。試求：（1） 以濾液體積流量表示的過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力（Q = 3.23m3濾 液/h）;（2） 轉(zhuǎn)筒表面濾餅的最終厚度（b = 6.81 mm）。8. 用一小型板框葉濾機(jī)對(duì)某懸浮液進(jìn)行過(guò)濾試驗(yàn)，過(guò)濾壓強(qiáng)差為150 kPa，測(cè)得過(guò)濾常數(shù)K為2.510-4 m2/s、qe = 0.02m3/m2?，F(xiàn)擬用一轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾該懸浮液，過(guò)濾介質(zhì)與試驗(yàn)相同，操作真空度為60 kPa，轉(zhuǎn)速為0.5 r/min, 轉(zhuǎn)筒的浸沒度為1/3。若要求轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力為5m3濾液/h。試求轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾面積。已知濾餅不可壓縮。（A= 3.6

23、m2）9. 實(shí)驗(yàn)室用一片慮面積為0.1m2的濾葉對(duì)某種懸浮液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，濾葉內(nèi)部真空度為8104Pa，測(cè)出qe為0.01m3/m2，qe為20s，且知每獲1升濾液，便在濾葉表面積累1mm厚的濾渣，今選用板框過(guò)濾機(jī)在3.2105 Pa的表壓下過(guò)濾該懸浮液，所用過(guò)濾介質(zhì)與實(shí)驗(yàn)相同，該壓濾機(jī)濾框?yàn)檎叫?，其邊長(zhǎng)為810mm，框厚為42mm，共20個(gè)框，濾餅不可壓縮。試求：（1）濾框完全充滿濾餅所需的過(guò)濾時(shí)間（q = 0.67h）；（2） 若濾餅洗滌與裝卸時(shí)間為0.5h，求以濾液體積計(jì)的生產(chǎn)能力（Q = 4.71m3濾液/h）。10. 在板框壓濾機(jī)中以300kPa的壓強(qiáng)差過(guò)濾含鈦白粉的水懸浮液。通過(guò)實(shí)驗(yàn)

24、已測(cè)得過(guò)濾常數(shù)K= 4.510-5m2/s，qe= 0.01m3/m2,且每獲得1L濾液得濾餅0.06 L。采用的正方形板框壓濾機(jī)的尺寸為：濾框邊長(zhǎng)810 mm，框厚25 mm，共25個(gè)框。過(guò)濾推動(dòng)力及所用濾布與試驗(yàn)時(shí)相同。試求：（1） 過(guò)濾至框內(nèi)全部滿濾餅后，用相當(dāng)濾液量1/10的清水進(jìn)行洗滌，求洗滌時(shí)間（qw = 807s）；（2） 若每次卸渣、重裝等輔助時(shí)間為0.25h，求以濾餅體積計(jì)的過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力（Q = 0.535 m3濾液/h）。 第四章1 初溫為25、熱容量流率Wcp為3.2103W/的某種液體，在內(nèi)徑為33mm、平均壁溫為80的圓管內(nèi)湍流流動(dòng)而被加熱。測(cè)得管壁和液體間的對(duì)流

25、傳熱系數(shù)1為4200W/(m2),每米管長(zhǎng)的阻力損失為hf?，F(xiàn)擬采用長(zhǎng)與寬之比為5:1的矩形管代替圓管。若兩種情況下液體的體積流量、流速、物性常數(shù)、入口溫度、管壁溫度和摩擦系數(shù)f均相同，試比較兩種情況下每米管長(zhǎng)的傳熱速率和阻力損失。（答：以Q、hf表示矩形管內(nèi)參數(shù)，Q、hf表示圓管,Q/Q=1.57及hf/ hf =1.52）2 在列管換熱器的殼方用120的飽和水蒸氣加熱管內(nèi)流動(dòng)的水溶液。溶液的流量為58kg/s，進(jìn)、出換熱器的溫度分別為25及40。在操作條件下溶液的平均比熱容為3.7kJ/(kg)。換熱器由144根252mm的鋼管組成，列管外壁的平均溫度為115。試求所需列管的最低長(zhǎng)度。（計(jì)

26、算時(shí)可忽略蒸汽側(cè)污垢熱阻和熱損失。答：L=5.59m取6m。）3 乙醇-水精餾塔的底部裝有釜式再沸器。再沸器的加熱管為281.5mm、長(zhǎng)2m的鋼管。管內(nèi)有130的飽和水蒸氣冷凝放出潛熱；液體在水平管束外沸騰，沸騰壓強(qiáng)為115kPa，相應(yīng)的沸點(diǎn)為103，其他物性常數(shù)可假定與水相同。試求：（1） 蒸汽冷凝和液體沸騰的傳熱系數(shù)i及0；（2） 基于管子外表面的總傳熱系數(shù)K0及熱流密度q。計(jì)算時(shí)可忽略管壁熱阻、污垢熱阻及熱損失，并可當(dāng)平壁處理。（答：0=1.44104W/(m2)、i=1.44104W/(m2)；K0=7220W/(m2)、q=1.95105W/m2）4. 常壓下的空氣在列管換熱器中由2

27、0被加熱到100。列管直徑 為252.5mm。試比較下面兩種情況下基于管子外表面積的總傳熱系數(shù)K0，即： 空氣在管內(nèi)流動(dòng)，水蒸氣在管外冷凝； 空氣在裝有圓缺形折流擋板的管間流動(dòng)，水蒸氣在管內(nèi)冷凝，管子為正三角形排列，管心距t為1.3倍管外徑。 在兩種情況下均可認(rèn)為：空氣速度為10m/s；蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為11000W/(m2)；忽略管壁和污垢熱阻。（答：K0=37.9W/(m2);K0=86.4W/(m2)）5. 用水冷凝套管換熱器環(huán)隙間的水蒸氣。換熱器的內(nèi)管為251.5mm的鋼管（導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m2），垂直放置。水在內(nèi)管的速度為u m/s。在相隔半年的兩個(gè)時(shí)間內(nèi)分別測(cè)得基于內(nèi)管外表面積

28、的總傳熱系數(shù)為：新購(gòu)進(jìn)時(shí) 1/K0=0.00021+0.00027/u 0.8半年后 1/K0=0.000464+0.00027/u 0.8試計(jì)算： 當(dāng)內(nèi)管水的速度為2m/s時(shí)，水的對(duì)流傳熱系數(shù)i； 水蒸氣的冷凝傳熱系數(shù)0； 使用半年后，污垢熱阻占總熱阻的百分?jǐn)?shù)； 定性的討論提高總傳熱系數(shù)的途徑。(答：i=6448W/(m2)；0=5660W/(m2)；41；清垢、套管水平放置提高0、加大管內(nèi)水的流速以提高i、不凝氣的排除。)6. 90的甲苯以1500kg/h的流量通過(guò)蛇管而被冷卻至30。管外冷卻水從15被加熱到40。蛇管的直徑為573.5mm、曲率半徑為0.6m。水的對(duì)流傳熱系數(shù)為580W/

29、(m2），管壁和垢層總熱阻為0.0007m2/W。試確定基于外表面積的總傳熱系數(shù)K0和冷卻水的用量。（答: K0=211W/(m2)、WC=1590kg/h）7. 機(jī)器油與原油在列管換熱器內(nèi)作逆流流動(dòng)。兩種油的初溫分別為243及128；測(cè)得終溫分別為155及162。若維持兩種油品的初溫及流量不變，而將流動(dòng)改為并流，試求平均溫度差及兩流體的終溫。兩種流動(dòng)情況下的總傳熱系數(shù)及物性常數(shù)可視為不變。忽略熱損失。(答：T2=167，t2=157.4,tm=42.5)8. 在管長(zhǎng)為1m的冷卻器中用12的冷水將油品從147冷卻至97，冷水被加熱至37，兩流體并流流動(dòng)。試計(jì)算： 欲使油品的出口溫度降至77，管

30、子需加長(zhǎng)多少m； 在原換熱器中若將兩流體改為逆流流動(dòng)，油品的出口溫度。 在上述各種工況下，油品和水的流量、入口溫度、物性常數(shù)均不變。忽略熱損失。(答：加長(zhǎng)0.86m; 95.)9. 在單管程單殼程列管換熱器中，用120的飽和水蒸汽加熱管內(nèi)的有機(jī)液體。管內(nèi)液體流速為0.5m/s，總流量為15000kg/h，溫度由20升至50，其比熱容為1.76kJ/（kg），密度為858kg/m3.測(cè)得：有機(jī)液的對(duì)流傳熱系數(shù)為790W/（m2），蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為1104W/(m2),換熱管的直徑為252.5mm，管壁導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/（m2）。忽略污垢熱阻及熱損失。試計(jì)算：（1）總傳熱系數(shù)K0；（2）換熱管

31、的根數(shù)及長(zhǎng)度。（答：（1）K0=573.4 W/(m2)；（2）n=30.91取31根，l=1.87m取2m。）10. 在傳熱面積S0為100m2再沸器內(nèi)，用95的熱水使50沸騰的有機(jī)液體氣化為飽和蒸汽。當(dāng)水在管內(nèi)的速度為0.5m/s（相當(dāng)于質(zhì)量流量為1.3105kg/h）時(shí)，熱水的出口溫度為75.再沸器的列管直徑為252mm，管壁兩側(cè)的污垢熱阻均為0.0002 m2/W。試計(jì)算：（1）再沸器的總傳熱系數(shù)K0及兩流體的對(duì)流傳熱系數(shù)i和o；（2）將再沸器清洗后，估計(jì)蒸汽氣化量增大的百分?jǐn)?shù)。假定：（1）可忽略管壁熱阻及熱損失； （2）清洗前后兩流體的對(duì)流傳熱系數(shù)、兩流體的物性常數(shù)及熱水的入口溫度均不變。（答：（1）K0=891 W/(m2)，i=3558 W/(m2)，o=2860 W/(m2)；（2）氣化量增大39%。）11. 在單程列管換熱器內(nèi)，用110的飽和水蒸氣將列管內(nèi)的水從30加熱到45。水流經(jīng)換熱器允許的壓降為3.0kPa。列管直徑為252mm、長(zhǎng)為6m。換熱器的熱負(fù)荷為2500KW。試計(jì)算：（1）所需傳熱管的根數(shù)；（2）基于管子外表面積的總傳熱系數(shù)K0。計(jì)算時(shí)可假定管子為光滑管，摩擦系數(shù)可按柏拉修斯方程計(jì)算，即f = 0.3164/Re0.25（答（1）n=125根；（2）K0 = 588 W/(m2)）12. 30的空氣在管